3D打印技术在修复骨缺损中的应用探讨

史保庆

厦门市第五医院骨科，福建厦门361000

3D打印技术在修复骨缺损中的应用探讨

史保庆

厦门市第五医院骨科，福建厦门361000

目的探讨3D打印技术在四肢创伤骨缺损中的应用价值。方法选择我院骨科未开展3D打印技术期间（2012年12月～2013年12月）收治的创伤性四肢骨缺损的患者56例作为对照组，开展3D打印技术期间（2014年1月～2015年1月）收治的创伤性四肢骨缺损的患者45例作为观察组，比较两组患者的手术时间、术中出血量、治疗效果及术后不良反应的发生情况。结果观察组患者的手术时间及术中出血量明显少于对照组，治疗效果的优良率为93.33%，远远高于对照组的69.64%，不良反应的发生率为11.11%，远远低于对照组的19.64%，差异具有统计学意义（P＜0.05）。结论3D打印技术能够对患者的四肢骨缺损情况进行明确的判断和分析，使修复效果达到最佳，值得在临床中广泛应用。

3D打印技术；四肢创伤；骨缺损；匹配度；植入体

创伤性四肢骨缺损是临床常见的骨缺损类型，其临床治疗的关键是选择合适的植入组织来替代缺损的组织以重塑组织结构的完整性［1，2］。由于创伤原因造成的骨缺损，其缺损形式多种多样，具有较高的不规则性，常常造成植入组织与缺损部位不匹配，需要进行多次反复的塑形与匹配，直接导致手术时间延长，无法达到较满意的预期效果［3-5］。随着影像学技术的不断发展，3D打印技术逐渐在临床广泛应用，其优点在于能够为患者制定合适的植入体，对手术过程进行准确的模拟，降低手术的难度和复杂性，使植入体与缺损区的匹配度达到最高［6-8］。本文就3D打印技术在四肢创伤骨缺损中的应用价值进行探讨，旨在探讨科学合理的治疗手段，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选择我院骨科未开展3D打印技术期间（2012年12月～2013年12月）收治的创伤性四肢骨缺损的患者56例作为对照组，其中男34例，女22例，年龄33～65岁，平均（39.14±0.78）岁。上肢骨缺损33例，下肢骨缺损23例，按照Schatzker分型可分为：Ⅱ型6例，Ⅲ型29例，Ⅳ型21例。平均骨缺损长度为（8.0±1.2）cm，软组织平均缺损面积为10 cm×5 cm。将开展3D打印技术期间（2014年1月～2015年1月）收治的创伤性四肢骨缺损的患者45例作为观察组，其中男25例，女20例，年龄在32～60岁，平均（38.26±1.27）岁。其中上肢骨缺损19例，下肢骨缺损26例。按照Schatzker分型可分为：Ⅱ型7例，Ⅲ型21例，Ⅳ型17例。平均骨缺损长度为（7.0±2.4）cm，软组织平均缺损面积为9 cm×6 cm。在所有患者知情同意的前提下，对照组患者术前未应用3D打印技术，观察组患者术前应用3D打印技术。两组患者在年龄、性别、缺损部位和程度等方面比较，差异无统计学意义（P＞0.05），具有可比性。

1.2 治疗方法

对照组进行常规手术修复骨缺损：检查患者的生命体征，观察伤口部位、污染情况及缺损情况，进行常规的X线片检查，判断骨缺损的程度及短缩的长度。患肢用止血带充气止血，彻底清创，用碘伏纱布填充创面。在骨折部位进行切开复位并进行内固定，恢复正常的骨骼长度，保持力线。在X线透视下，打入克氏针，将力线对位准确后，用外固定架进行固定。观察组患者应用3D打印技术，进行骨缺损修复，具体方法如下。

1.2.1 3D打印在进行修复手术之前对患者进行常规X线检查和CT扫描，并且记录和保存骨缺损图像，将CT扫描获得的数据录入Mimics16.0系统中，经过处理，构建骨骼的三维模型，而后应用MakeWare软件，将构建的模型转换为3D打印机可以应用的文件格式代码，利用SD数据卡，将打印信息传递给打印机，随后，打印机通过将生物降解塑料材料聚乳酸（PLA）溶解成细丝，由喷头喷出，然后积累成型，得到1：1的骨骼模型，留待手术备用。

1.2.2 修复过程对构建的3D模型进行全面分析和观察，利用3D测量工具，对骨折块的分离距离、关节面塌陷程度及缺损范围进行精确测量，然后进行手术模拟，包括选择手术入径、切口的暴露范围、骨折的复位、钢板的复位位置、钢板的最佳匹配度、螺钉长度及进入方向等，在术前进行逼真的手术模拟和操作。术中根据实体模型对植入物进行预弯和调整，将骨折部位完全暴露，与实体进行比对。为手术提供可靠的依据。术后常规应用抗生素预防感染，及时进行康复锻炼。

对两组患者进行1年的随访，嘱患者每半年来医院复查一次植入物的恢复情况及患者自身骨骼的生长发育状况。

1.3 观察指标

比较两组患者的手术时间、术中出血量、治疗效果及不良反应的发生情况。

1.4 临床效果评价

患者无疼痛，四肢能够进行正常活动，且关节的活动范围在75%以上，经X线检查，提示无明显的骨性关节炎或者关节腔的狭窄和硬化，表示为优；患者有轻微的疼痛，能够进行基本的活动，且关节的活动范围在50%以上（含50%），经X线检查，提示有关节腔的狭窄和关节面的硬化，并且有骨赘形成，表示为良；患者有中度疼痛，四肢活动轻度异常，且关节的活动范围在50%以下，经X线检查提示，有明显的关节腔狭窄和关节面的硬化，并且有大量的骨赘形成，表示为可；患者疼痛十分明显，四肢功能异常，且有严重的关节畸形伴僵硬，X线提示有十分严重的关节炎性改变，表示为差［9］。

1.5 统计学方法

2 结果

2.1 两组患者手术时间、术中出血量的比较

观察组患者的平均手术时间及术中出血量均明显少于对照组，差异有统计学意义（P＜0.05），见表1。

表1 两组患者手术时间及术中出血量比较（±s）

表1 两组患者手术时间及术中出血量比较（±s）

组别n手术时间（min）术中出血量（mL）观察组对照组t值P 45 56 102.7±10.6 237.2±24.5 9.247＜0.05 502.8±10.4 838.7±14.8 8.713＜0.05

2.2 两组患者治疗效果比较

观察组患者治疗效果为优37例，良5例，优良率为93.33%，明显高于对照组的69.64%，差异有统计学意义（P＜0.05），见表2。

表2 两组患者治疗效果比较

2.3 两组患者术后并发症比较

修复术后常见的并发症主要有切口感染、骨折不愈合、内固定松动、植入物断裂、切开再修复等。观察组术后并发切口感染1例，内固定松动2例，骨折不愈合1例，植入物断裂1例，并发症的发生率为11.11%，低于对照组的19.64%，差异有统计学意义（P＜0.05），见表3。

2.4 典型病例内固定治疗图片

见图1。

图1男性患者，45岁，胫骨平台粉碎性骨折，内固定治疗

表3 两组患者术后并发症比较

3 讨论

3D打印技术是利用材料层层叠加的原理，根据预先设计好的模型结构而制造出所需要物质的技术，具有较强的综合性和应用性。在临床治疗创伤性骨缺损的过程中，通过手术治疗对患者的缺损组织进行修复，以保持骨组织的完整性和正常的生理功能，因此选择匹配度较高的修复材料，在手术治疗过程中，具有十分重要的作用［10］。将3D打印技术应用于骨缺损的修复中，能够迅速制备所需要的仿生人工骨组织，并且可以保证其外形与微观结构与患者的缺损部位的匹配度，从而有效解决传统修补术由于植入物不匹配而需要在术中进行多次塑形的问题［11，12］。

从表1中可以看出，通过应用3D打印技术，观察组患者的手术时间及术中出血量均明显少于对照组，差异具有统计学意义（P＜0.05），说明3D打印技术通过在术前对手术过程进行科学精确的规划，能够有效避免术中反复预弯钢板以及反复测量螺钉的长度，从而可以明显缩短手术时间，减少患者的出血量。从表2中可以看出，观察组患者治疗的优良率为93.33%，远远高于对照组的69.64%，差异具有统计学意义（P＜0.05），说明通过3D打印技术，可以为患者制定出匹配度最高的植入物和最佳的治疗方案，为临床手术治疗提供准确全面的数据，增加了手术成功的几率，可以大大提高其治疗效果。从表3中可以看出，观察组患者的术后并发症的发生率远远低于对照组，差异有统计学意义（P＜0.05），说明3D打印技术在缩短手术时间的过程中，减少了伤口的暴露时间，从而降低了切口感染的机会，并且在术前通过对手术进行精确地规划和模拟，使手术达到预期的效果，避免了再次切开修复，大大降低了患者术后并发症的发生。

3D打印技术的优点在于通过熔融沉积技术将人体骨骼的三维立体结构进行快速构型，使临床医生能够对复杂错综的骨折情况进行更直观、更全面的观察，对术前诊断做出更准确的判断。最重要的是医生可以根据模型的具体情况进行比较逼真的模拟手术，对要应用的钢板进行提前的塑形，在手术过程中，进行精确定位，能够明显缩短手术时间，减少X线的应用次数，从而降低对患者和医生的辐射伤害［13，14］，因此，3D打印技术在临床应用过程中，能够明显提高患者骨缺损的修复效果，使复杂的手术过程变得相对容易，值得在临床广泛应用。但3D打印技术也存在一定的缺点，其技术成本相比较其他普通检查手段或普通手术，显得十分昂贵，患者的接受力较差［15］，因此，在今后的临床应用中，应在不断发展医学技术的同时，降低3D打印技术的经济成本。

综上所述，3D打印技术能够对患者的四肢骨缺损情况进行明确的判断和分析，做好修复前的骨折评估和规划，有利于对骨折情况进行准确的复位，使修复效果达到最佳，值得在临床进行广泛应用。

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App lication of 3D printing in repair of bone defect

SHIBaoqing
Department of Orthopedics，Xiamen Fifth Hospital，Xiamen 361000，China

Objective To discuss the application value of 3D printing in bone defect of limbs.M ethods 56 patients with traumatic bone defect in limbs treated in our hospital from December 2012 to December 2013 when 3D printing was not conducted were selected as control group；and another 45 patientswith traumatic bone defect in limbs treated in our hospital from January 2014 to January 2015 when 3D printing was conducted were selected as observation group. The operation duration，blood loss during operation，treatment effect and postoperative adverse reactionswere compared between two groups.Results The operation duration and blood loss during operation were significantly lower in the observation group than in the control group.The excellent and good rate of treatment was 93.33%in the observation group，which was significantly higher than 69.64%in the control group；The incidence rate of adverse reactions was 11.11%in the observation group，which was significantly lower than 19.64%in the control group（P＜0.05）.Conclusion 3D printing can provide definite diagnosis and analysis on the bone defect of limbs in patients to optimize the effect of repair，thus isworthy to be promoted in clinical practice.

3D printing；Limb trauma；Bone defect；Matching degree；Implant

R687.3

B

1673-9701（2016）18-0065-04

2016-03-02）